ABSTRAK
PEMODELAN SUDU TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL PADA UJI SKALA LABORATORIUM
Oleh
IMAM SAPUTRA
Penelitian ini memanfaatkan energi angin secara buatan, yaitu dengan menggunakan kipas angin (fan) sebagai sumber energi utama untuk
menggerakkan rotor ( baling-baling). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan angin terhadap kecepatan angkat, daya angkat, dan daya rotor pada perlakuan sudu 3, 4, dan 5 dengan kemiringan sudut 25o, 35o, dan 45o.
Penelitian ini dilaksanakan dengan mendesain dan menguji model turbin angin sumbu horizontal dengan perlakuan kecepatan angin yang dialirkan menuju rotor melalui tabung silinder. Beban sebagai indikator perlakuan diikatkan pada pangkal poros utama. Waktu (t) yang dibutuhkan massa beban (m) pada
ketinggian 1 m digunakan untuk perhitungan kecepatan angkat dan daya angkat pada setiap perlakuan sudu.
Secara umum dapat disimpulkan bahwa model turbin angin sumbu horizontal pada sudu 5 dengan kemiringan sudut 25omempunyai kecepatan angkat dan daya angkat terbesar dibandingkan dengan perlakuan sudu 3 dan 4. Kecepatan angkat pada sudu 5 dengan kemiringan sudut 25o, yaitu sebesar 0.115 m/s dan daya angkat sebesar 0.18 Watt.
Semakin besar kecepatan angin tertentu yang diberikan pada sudu 5 dengan sudut 25o, yaitu dari 0.5 2 m/s, maka rata-rata akan semakin besar kecepatan angkat suatu beban. Hal ini dikarenakan bahwa semakin besar jumlah sudu maka luas penampang daya dorong angin akan semakin besar, sehingga aliran udara akan lebih banyak terkonversi pada rotor dengan luas penampang yang lebih besar. Luas penampang proyeksi pada perlakuan sudut 25olebih besar
dibandingkan dengan kemiringan sudut 35odan 45o. Semakin besar kemiringan sudut tertentu, maka akan semikin banyak aliran udara yang tidak terkonversi oleh rotor menjadi energi mekanik, sehingga mengakibatkan kecepatan angkatnya juga akan semakin rendah.
Imam Saputra
Semakin besar kecepatan angin tertentu yang diberikan, maka daya rotornya juga akan semakin meningkat. Hal ini dikarenakan oleh besaran yang
mempengaruhi daya rotor bersifat konstan (C), sehingga hanya dipengaruhi oleh kecepatan angin (V) yang bersifat dinamis.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Turbin angin pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani
dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dan kegiatan yang lainnya.
Turbin angin banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan Negara-Negara Eropa
lainnya yang lebih dikenal dengan namaWindmill. Turbin angin modern lebih
banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat dengan
menggunakan prinsip konversi energi dari sumber daya alam yang dapat
diperbaharui, yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin
masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional seperti PLTD dan
PLTU, turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan, karena dalam
waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya
alam tak terbaharui, seperti batubara dan minyak bumi sebagai bahan dasar untuk
membangkitkan listrik (Hambali dkk, 2009).
Energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus mengalami
peningkatan kebutuhan, karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi,
dan pola konsumsi energi itu sendiri yang senantiasa meningkat. Sedangkan
energi fosil yang selama ini merupakan sumber energi utama, ketersediaannya
sangat terbatas dan terus mengalami deplesi (depletion: kehabisan, menipis).
2
menyediakan energi fosil ini. Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif
selain fosil menyemangati para peneliti di berbagai negara untuk mencari energi
lain yang kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Energi terbarukan
dapat didefinisikan sebagai energi yang secara cepat dapat diproduksi kembali
melalui proses alam. Energi terbarukan meliputi energi air, panas bumi, matahari,
angin, biogas, bio mass, serta gelombang laut. Beberapa kelebihan energi
terbarukan antara lain: sumbernya relatif mudah didapat, dapat diperoleh dengan
gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi secara global, dan tidak
terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan bakar (Jarass, 1980).
Berdasarkan dataBlueprintPengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan oleh
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005,
cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan habis dalam
kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut.
Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batu
bara 147 tahun, seperti yang diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Cadangan energi fosil.
Jenis Energi Fosil Cadangan/Produksi
Indonesia Dunia
Minyak 18 tahun 40 tahun
Gas 61 tahun 60 tahun
Batu bara 147 tahun 200 tahun
Sumber: DESDM (2005), WEC (2004)
Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel dan merupakan
salah satu energi yang berkembang pesat di dunia saat ini. Energi angin dapat
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, misalnya: pemompaan air untuk irigasi,
3
tambak ikan atau udang. Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di daerah
landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di laut, berbeda halnya
dengan energi air. Penggunaan sumber energi alternatif diharapkan dapat
meningkatkan efektifitas dan efisiensi sistem pertanian sehingga produktivitas
masyarakat meningkat. Walaupun pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di
mana saja, daerah-daerah yang memiliki potensi energi angin yang tinggi tetap
perlu diidentifikasi agar pemanfaatan energi angin ini lebih kompetitif
dibandingkan dengan energi alternatif lainnya (Daryanto, 2007).
Turbin angin banyak ditemukan di daerah Eropa dan Amerika Utara. Energi
angin dimanfaatkan untuk mengairi ladang-ladang gandum dan perkebunan di
Negara-Negara Eropa, Amerika dan Australia. Negara Indonesia memiliki
potensi energi angin yang umumnya berkecepatan lebih dari 5 meter per detik
(m/detik). Berdasarkan data LAPAN (Daryanto, 2005), angin di Indonesia
memiliki kecepatan yang bervariatif, umumnya dikategorikan sebagai angin
berkecepatan rendah. Hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa
Nasional (LAPAN) pada 120 lokasi, menunjukkan beberapa wilayah memiliki
kecepatan angin di atas 5 m/detik, masing-masing yaitu: Nusa Tenggara Timur,
Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, dan Pantai Selatan Jawa.
Lahan-lahan luas dan keberadaan air yang berlimpah tidak akan menghasilkan
produk pertanian yang optimal apabila tidak dilakukan pemikiran-pemikiran
pengelolaan yang terbaik. Para petani yang memaksakan diri untuk menanam
palawija atau buah semangka di musim kemarau harus menggunakan pompa
diesel untuk memompa air tanah dari sumur bor. Biaya yang dikeluarkan petani
4
membeli bahan bakar minyak, sehingga banyak lahan subur yang tidak
berproduksi di musim kemarau. Salah satu sumber energi pengganti diesel yang
berlimpah adalah angin. Kincir angin dengan konstruksi yang sederhana dan
sumber energi angin yang berlimpah dapat memberikan kontribusi pemecahan
masalah peningkatan produktivitas lahan pertanian melalui sistem sirkulasi
penyiraman yang ramah lingkungan. Angin yang bertiup akan menggerakan
baling-baling kincir. Tenaga yang tertangkap oleh baling-baling kincir digunakan
untuk menggerakan piston pengungkit pompa air. Tenaga angin yang tertangkap
baling-baling merupakan kelipatan pangkat tiga dari kecepatan angin yang
berhembus, sehingga semakin cepat aliran angin maka akan semakin besar
tenaganya. Pemanfaatan energi angin sangat cocok untuk wilayah yang memiliki
sumber energi angin penggerak kincir (Hambali, 2007).
B. Tujuan Penelitian
Menguji pemodelan sudu turbin angin sumbu horizontal untuk mengetahui
pengaruh kecepatan angin terhadap kecepatan angkat, daya angkat, dan daya rotor
pada perlakuan sudu 3, 4, dan 5 yang dipasang pada sudut 25o, 35o, dan 45o.
C. HIPOTESIS
Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini adalah desain pemodelan turbin
angin sumbu horizontal dengan jumlah sudu 5 yang dipasang pada sudut 25oakan
mempengaruhi besarnya kecepatan angkat dan daya angkat beban sehingga
nilainya akan semakin besar. Semakin besar kecepatan angin yang diberikan,
yaitu dari 0.5 m/s sampai 2 m/s, maka akan semakin besar putaran rotor (rpm) dan
5
D. Batasan Masalah
Pada penelitian ini, penulis hanya membatasinya pada:
1) Perhitungan kecepatan angkat, daya angkat, dan daya rotor yang dihasilkan
model turbin angin dengan perlakuan sudu 3, 4, dan 5.
2) Menghitung nilai koefisien performansi (Cp) pada perlakuan sudu 3, 4, dan 5.
3) Sudu terbuat dari plat aluminium yang dipasang pada sudut 25o, 35o dan 45o.
4) Temperatur rata-rata lingkungan ( udara= 1,1653 kg/m3).
5) Sumber kecepatan aliran udara berasal dari kipas angin (fan).
E. Manfaat Penelitian
Pemodelan sudu turbin angin sumbu horizontal dibuat untuk mengaplikasikan
suatu pengetahuan agar dapat membawa manfaat untuk masyarakat luas. Hal-hal
yang harus diperhatikan dari pemodelan sudu turbin angin ini adalah prinsip kerja,
serta kekurangan dan kelebihannya. Dengan demikian, akan sangat membantu
bagi siapa pun yang hendak membuat sebuah turbin angin lain dengan kapasitas
yang lebih besar. Dengan adanya pemodelan sudu turbin angin ini dapat
diperoleh gambaran yang cukup, sehingga dapat menekan risiko kegagalan serta
dapat dilahirkan suatu turbin angin yang efektif dan efisien.
Turbin angin dapat dimanfaatkan untuk pembangkit energi listrik, pemompaan air
untuk irigasi tanaman, pengolahan air baku, serta aerasi pada tambak ikan, udang,
dan budidaya rumput laut. Turbin angin dengan menggunakan sumber daya yang
dapat diperbaharui dapat dimanfaatkan untuk kegiatan pertanian, sehingga akan
mengurangi kecenderungan terhadap penggunaan sumber daya fosil (BBM) yang
6
terbarukan pada turbin angin dengan menggunaan potensi sumber energi alternatif
yang melimpah di suatu daerah diharapkan dapat meningkatkan efektifitas dan
